羅 青

上海結(jié)建民防建筑設(shè)計(jì)有限公司

人防柴油發(fā)電機(jī)組散熱量的研究

羅 青

上海結(jié)建民防建筑設(shè)計(jì)有限公司

本文對(duì)某人防工程柴油發(fā)電機(jī)組額定功率下散熱量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的散熱量進(jìn)行理論研究，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，擬合出單臺(tái)發(fā)電機(jī)組實(shí)際散熱量與輸出功率之間的相關(guān)曲線，為人防柴油電站的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。

柴油發(fā)電機(jī)組 散熱量 輸出功率 曲線擬合

1 引 言

目前，柴油發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的機(jī)組參數(shù)中只提供了額定功率下的散熱量，并未給出非額定工況下機(jī)組的實(shí)際散熱量。然而，機(jī)組的實(shí)際散熱量直接決定了機(jī)房?jī)?nèi)的冷負(fù)荷，進(jìn)而會(huì)對(duì)通風(fēng)冷卻的運(yùn)行方案產(chǎn)生重大影響。因此，如何合理并且較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)機(jī)組在非額定狀態(tài)下的實(shí)際散熱量就成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。本文結(jié)合某人防工程對(duì)人防柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)際散熱量與機(jī)組輸出功率的關(guān)系進(jìn)行了研究。

2 理論分析

柴油機(jī)組的散熱量分為三個(gè)部分：柴油機(jī)輻射熱、柴油機(jī)對(duì)流熱以及發(fā)電機(jī)散熱。發(fā)電機(jī)散熱可以認(rèn)為基本恒定，柴油機(jī)輻射熱和對(duì)流熱則都和機(jī)組表面溫度有關(guān)，根據(jù)傳熱學(xué)的相關(guān)理論，存在如下關(guān)系：

輻射熱：

對(duì)流熱：

式（2-1）、（2-2）中：

T——機(jī)組表面溫度，K；

Ta——機(jī)房平均溫度，K；

Ti——機(jī)房?jī)?nèi)各壁面表面溫度，K；

Xi——機(jī)組對(duì)于各壁面的角系數(shù)；

F——機(jī)組外表面積，m2；

Kc——機(jī)組與周圍空氣的對(duì)流換熱系數(shù)，W/m2.K。其中，Xi,,, F, Kc以及Ta均為定值，并進(jìn)一步假定各壁面與空氣換熱良好，即各壁面表面溫度Ti=Ta。

在本工程的機(jī)組性能測(cè)試數(shù)據(jù)中，給出了機(jī)組運(yùn)行在不同輸出功率時(shí)對(duì)應(yīng)的排氣溫度Tp見(jiàn)表2-1，可以認(rèn)為機(jī)組表面溫度正比于排氣溫度，即T～Tp。

表2-1 機(jī)組負(fù)荷特性測(cè)試數(shù)據(jù)（部分）

根據(jù)表2-1的數(shù)據(jù)，就可以確定不同負(fù)荷條件下所對(duì)應(yīng)的機(jī)組平均排氣溫度Tp，再根據(jù)之前的假定，可以得到不同負(fù)荷相應(yīng)的機(jī)組表面溫度T與運(yùn)行在額定工況下的機(jī)組表面溫度T'的比值。

式（2-3）中：Tp'——額定工況下的機(jī)組平均排氣溫度，K。

根據(jù)式（2-3）再進(jìn)一步計(jì)算便可以預(yù)測(cè)非額定工況下單臺(tái)機(jī)組向機(jī)房?jī)?nèi)的散熱量，包括柴油機(jī)輻射熱Qr和柴油機(jī)對(duì)流熱Qc，再加上固定不變的發(fā)電機(jī)散熱量Qg，就能得到相應(yīng)負(fù)荷條件下的機(jī)組向機(jī)房?jī)?nèi)的總散熱量Q。

3 數(shù)學(xué)模型的建立與計(jì)算

3.1 柴油發(fā)電機(jī)組散熱量

（1）柴油機(jī)輻射熱Qr柴油機(jī)輻射熱

當(dāng)機(jī)組在額定工況下工作時(shí)，則：柴油機(jī)輻射熱

（2）柴油機(jī)對(duì)流熱Qc柴油機(jī)對(duì)流熱

當(dāng)機(jī)組在額定工況下工作時(shí)，則：柴油機(jī)對(duì)流熱

因此可得：

（3）發(fā)電機(jī)散熱量Qg

不同工況下發(fā)電機(jī)的散熱量是不變的：Qg=104.8kW

（4）機(jī)組總散熱量Q

由上面（1）～（3）的內(nèi)容可得任意負(fù)荷時(shí)機(jī)組向機(jī)房?jī)?nèi)的總散熱量Q：

Q=Qr+Qc+Qg（3-1）

根據(jù)式（3-1）可預(yù)測(cè)機(jī)組在不同負(fù)荷時(shí)向機(jī)房總散熱量Q，見(jiàn)表3-1。

表3-1 機(jī)組在不同負(fù)荷時(shí)向機(jī)房的總散熱量Q 單位：kW

3.2 散熱量與輸出功率關(guān)系曲線擬合

曲線擬合問(wèn)題是指：已知平面上n個(gè)點(diǎn)（xi，yi），i=1，2，…，n，xi互不相同。尋求函數(shù)f(x)，使f(x)在某種準(zhǔn)則下與所有數(shù)據(jù)點(diǎn)最為接近，即曲線擬合得最好。最小二乘法是解決曲線擬合問(wèn)題最常用的方法。

由表3-1的數(shù)據(jù)可知機(jī)組向機(jī)房?jī)?nèi)總散熱量Q與輸出功率P的點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系（P，Q），它們的散點(diǎn)圖見(jiàn)圖3-1。

圖3-1 機(jī)組總散熱量Q與輸出功率P的散點(diǎn)圖

運(yùn)用最小二乘法得到機(jī)組總散熱量Q與輸出功率P的函數(shù)關(guān)系式：

由函數(shù)關(guān)系式（3-2）可得總散熱量與輸出功率的擬合曲線，見(jiàn)圖3-2，其中“▲”標(biāo)志的散點(diǎn)為理論計(jì)算值，曲線為擬合結(jié)果。

圖3-2 發(fā)電機(jī)組總散熱量Q與輸出功率P的擬合曲線

根據(jù)式（3-2），可以求得不同輸出功率時(shí)的單臺(tái)機(jī)組總散熱量值，表3-2列出了輸出功率從60%增加到100%時(shí)，機(jī)組對(duì)應(yīng)的總散熱量。

表3-2 單臺(tái)機(jī)組處于典型輸出功率時(shí)的散熱量

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合具體工程對(duì)人防柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)際散熱量與機(jī)組輸出功率的關(guān)系進(jìn)行了研究，為人防柴油電站的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。但是，因?yàn)槭軛l件的限制，本文實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不是十分詳盡，這就影響了數(shù)學(xué)模型的精度。以后在遇到類似問(wèn)題的時(shí)候，需要進(jìn)行更多的實(shí)測(cè)以獲取更詳盡的所需數(shù)據(jù)，從而提高模型的精度。

[1] 章熙民. 傳熱學(xué).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993

[2] 趙靜. 數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn).高等教育出版社，2003